JP2004212353A

JP2004212353A - 光学的検査装置

Info

Publication number: JP2004212353A
Application number: JP2003002686A
Authority: JP
Inventors: Hayato Kimura; 隼人木村; Sadaichi Ariga; 貞一有賀; Hideo Hayashida; 英夫林田
Original assignee: TB Optical Co Ltd
Current assignee: TB Optical Co Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】透明部材の暗視野画像から、この透明部材に存在する欠陥部を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】ステージ３に搭載したメガネレンズ２に対し、下方に配設されているライン照明手段５ａからライン状の暗視野照明用検査光を投光し、メガネレンズ２を透過した透過光を撮像装置４で撮像し、パソコン８へ出力する。パソコン８では、入力された撮像装置４からの画像に基づき明部と暗部との境界に存在する暗視野領域を抽出し、次いで暗視野領域の輝度分布から欠陥部の有無を検出する。暗視野領域はライン照明手段５ａを移動させることで連続的に抽出し、抽出した各暗視野領域を合成することで、メガネレンズ２全体の暗視野画像を生成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズやガラス板等の透明部材に形成される傷等の欠陥部を暗視野画像に基づいて検出する光学的検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、レンズやガラス板等の透明部材の検査工程では、透明部材の表面、裏面及び内部に、微細な傷、泡等の欠陥が存在するか否かを検査し、欠陥が検出された場合は、不良品として廃棄処分している。
【０００３】
従来、透明部材に欠陥部が存在するか否かの検査は、検査員の肉眼により行っていた。すなわち、検査員は、透明部材に対して照明光を照射し、その際、透明部材の向きを変えながら、その反射光を観察して欠陥部が存在しているか否かを検出している。
【０００４】
しかし、肉眼による検査は、検査員の体調、及び各検査員の検査能力によってばらつきが生じやすいため、検査精度を常に均一な状態とすることが困難である。又、肉眼による検査では微細な欠陥部を検出するには限界があり、より厳しい品質が要求れた場合に対応することができない。
【０００５】
そのため、最近では透明部材に対して照明光を直接、或いは間接的に照射し、その透過光或いは反射光をＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像して、欠陥の有無を自動的に検査する装置が種々提案されている。例えば、特開２００２−９０２５８号公報には、透明部材に存在する欠陥の有無を透過型の暗視野像により検査する技術が開示されている。
【０００６】
すなわち、この公報に開示されている技術では、装置にセットされた透明部材（撮影レンズ）は、その下部に配置された投光器からの検査光により照射され、透明部材の上部に配置された撮像装置にて暗視野撮影が行われる。
【０００７】
その際、透明部材の表面に傷が発生している場合、その部位において散乱された検査光が撮像装置によって受光され、そのときの階調値が所定値以上の場合、欠陥が存在すると判定する。
【０００８】
この公報に開示されている装置では、透明部材を暗視野撮影するために、透明部材に対して均一な検査光を照射する投光器の中央部に、遮光マスクを取付け、撮像装置の撮像領域に投光器が含まれるのを防止することで、撮像装置にて透明部材の暗視野像を得るようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−９０２５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に開示されてい技術のように、暗視野像を得るために投光器の中央に遮光マスクを配設すると、有効暗視野領域が狭められてしまい、透明部材全面にわたって欠陥部を高精度に検出することが出来ない問題がある。
【００１１】
これに対処するに、複数の暗視野光を透明部材に照射することで、有効暗視野領域を拡大することも考えられるが、構造が複雑化するばかりでなく、互いに隣接する暗視野光同士が干渉してしまう不都合がある。
【００１２】
従って、本発明の目的は、複数の暗視野光を用いることなく、簡単な構造で有効暗視野領域の実質的な拡大を図り、有効暗視野領域を透明部材全面に形成することができ、この透明部材を暗視野光で検査することで、透明部材の表面、裏面、及び内部に存在する欠陥を高精度に検出することの可能な光学的検査装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による光学的検査装置は、透明部材を搭載するステージと、上記ステージの一方の面に設定間隔を開けて対設する撮像装置と、上記ステージの他方の面に対設する照明装置とを備え、上記照明装置を上記ステージと平行な方向へ直線移動自在に支持し、上記照明装置に、該照明装置の移動方向に直交する方向へ延出すると共に上記透過部材に対してライン状の暗視野照明用検査光を投光するライン照明手段を設け、演算手段では、上記ライン照明手段から投光されたライン状の暗視野照明用検査光によって上記撮像装置で撮像した上記透明部材の画像に基づき該画像の明部と暗部との境界に存在する暗視野領域を抽出すると共に、該暗視野領域中の輝度分布から上記透明部材の欠陥部を検出することを特徴とする。
【００１４】
このような構成では、ステージに透明部材を搭載し、照明装置に備えられているライン照明手段からライン状の暗視野照明用検査光を透明部材に投光し、その透過光を撮像装置にて撮像する。演算手段では、撮像装置で撮像した透明部材の画像に基づき明部と暗部との境界に存在する暗視野領域を抽出し、更に、抽出した暗視野領域中の輝度分布から透明部材に存在する欠陥部を検出する。
【００１５】
この場合、好ましくは、上記演算手段では、上記照明装置の移動に同期して上記暗視野領域を連続的に抽出し、抽出した該各暗視野領域を合成して上記透明部材全体の暗視野画像を生成する。更に、上記欠陥部のサイズを画素数で表示することで、欠陥部の大きさを瞬時に認識することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１に光学的検査装置全体構成図、図２に図１のＩＩ矢視平面図を示す。
【００１７】
本実施の形態による光学的検査装置１は、透明部材としてのメガネレンズ２を搭載するステージ３を有し、このステージ３の鉛直方向に撮像装置４が対設されている。このステージ３と撮像装置４とは互いに連接された状態で固定されており、ステージ３と撮像装置４との間隔は、図示しない調整機構により調整自在にされている。
【００１８】
又、この撮像装置４の観察光軸が、ステージ３の中心に対設されている。このステージ３の中央には、メガネレンズ２の外縁よりもやや小さい径の貫通孔３ａが穿設されている。メガネレンズ２はガラス或いはプラスチック製であり、光学的検査装置１により、表面に形成された傷や、製造過程で内部に形成された気泡を検出し、更に、表面に反射防止膜（マルチコート膜）やハードコート膜がコーティングされている場合は、コーティング不良の有無を検出する。
【００１９】
又、ステージ３の下方に照明装置５が配設されている。この照明装置５に、メガネレンズ２に対してライン状の暗視野照明用検査光を投光するライン照明手段５ａが固設されている。このライン照明手段５ａは、複数の光ファイバーを一列に配設したライン型ライトガイド、或いは複数のＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）をライン状に配設したＬＥＤアレイ、或いは円柱状の蛍光灯等で構成されている。この場合、ライン照明手段５ａは、少なくともメガネレンズ２の直径をカバーする長さを有している。
【００２０】
尚、ライン型ライトガイドの入射端には照明光源（図示せず）が対設されている。更に、ライン照明手段５ａの出射側に、投光される暗視野照明用検査光を拡散する拡散プレートを配設するようにしてもよい。
【００２１】
又、照明装置５は、基台６に対しリニアスライダ（図示せず）を介して支持されている。このリニアスライダは、照明装置５をライン照明手段５ａの延出方向に対して直交する方向（図１、図２の矢印で示す方向）へ直線状に移動させるもので、移動量は駆動手段７から出力される駆動信号に従って制御される。尚、照明装置５の移動量は、リニアエンコーダ等の位置計測手段（図示せず）により検出される。
【００２２】
一方、撮像装置４は、撮像部にＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子（図示せず）を備えるカメラ４ａを有し、このカメラ４ａにカメラレンズ４ｂが装着され、更に、このカメラレンズ４ｂの入射面に光学フィルタ４ｃが装着されている。固体撮像素子で撮像し、光電変換された画像は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル画像信号に変換されて、演算手段としてのパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と略称）８に出力される。パソコン８は、光学的検査装置１全体の制御及び画像データの処理を行うもので、各種演算を行うＣＰＵ、制御プログラムや各種データを記憶する記憶手段等で構成されている。更に、このパソコン８に、モニタ９、キーボード１０、マウス１１等の周辺機器が接続されている。
【００２３】
パソコン８は、カメラ４ａから出力されてＡ／Ｄ変換された画像信号に基づき、輝度分布を求め、この輝度分布から明部と暗部との境界領域である特定最適照明部分（以下、本実施の形態では、この領域を「暗視野領域Ａ」と称する）を抽出する。
【００２４】
そして、照明装置５の移動に伴い、それに同期して暗視野領域Ａを連続的に抽出して、各暗視野領域Ａを合成し、図５に示すように、メガネレンズ２全面の暗視野画像を生成する。暗視野画像は、メガネレンズ２の表面に微細な傷等の欠陥部がある場合、或いはメガネレンズ２の内部に気泡が形成されている場合、メガネレンズ２を透過してカメラ４ａに取込まれる暗視野照明用検査光が、図４、図５に矢印ｍ１で示すように白く強調される。
【００２５】
従って、暗視野照明による撮像で得られた暗視野画像から、その輝度分布を求めることで、欠陥部の位置や大きさ（画素数）を計測し、所定の判定基準に照らして不適合か否かを判断することができる。
【００２６】
以下、上述した光学的検査装置１を用いてメガネレンズ２の欠陥部を検出する手順について、図３に示す検査ルーチンに従って説明する。
【００２７】
先ず、ステップＳ１で、光学的検査装置１のステージ３にメガネレンズ２を所定に搭載し、固定する。次いで、ステップＳ２へ進み、メガネレンズ２の全面が計測されたか否かを調べる。メガネレンズ２をステージ３に搭載した状態では、このステージ３の下方に配設されている照明装置５は、図１及び図２に示すようにメガネレンズ２の周縁一側に配置されている。
【００２８】
従って、検査開始直後は、ステップＳ３へ進み、パソコン８から駆動手段７へ駆動信号を出力する。その結果、この駆動手段７が、図示しないリニアスライダを駆動させて、照明装置５を、図１、図２の状態から、同図の左方向へ一定速度、或いは断続的に移動させる。
【００２９】
すると、この照明装置５に設けられているライン照明手段５ａから投光される暗視野照明用検査光がメガネレンズ２に照射され、このメガネレンズ２を透過した暗視野照明用検査光が、その上方に対設されている撮像装置４の光学フィルタ４ｃ、カメラレンズ４ｂを介してカメラ４ａに設けられている固体撮像素子に受光される。そして、この固体撮像素子に受光された画像が光電変換され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル画像信号に変換されて、パソコン８に出力される。
【００３０】
パソコン８は、ステップＳ４で、画像信号を取込み、続く、ステップＳ５で、この画像信号の輝度分布と、照明装置５の移動量を検出する位置計測手段（図示せず）からの信号に基づき検出したライン照明手段５ａによる照明位置とに基づき、暗視野領域Ａ（図４参照）を抽出する。
【００３１】
そして、ステップＳ６で、今回抽出した暗視野領域Ａの画像（暗視野画像）が連続しているか否かを調べ、連続している場合は、ステップＳ７へ進み、又、暗視野画像に抜けがあるために連続していない場合は、ステップＳ３へ戻り、照明装置５を戻す方向へ移動させて、暗視野照明用検査光を照射し、同一位置の暗視野画像を再度取り込む。
【００３２】
又、ステップＳ６からステップＳ７へ進むと、今回抽出した暗視野画像の輝度分布を求め、メガネレンズ２の表面或いは裏面に形成された傷、或いは内部に形成された気泡等の欠陥部が存在するか否か検査し、欠陥部が検出された場合、ステップＳ８へ分岐し、又、欠陥部が検出されなかった場合は、ステップＳ９へ進む。
【００３３】
欠陥部が検出されてステップＳ８へ進むと、欠陥部の画素数（ｐｉｘ）をカウントし、ステップＳ９へ進む。
【００３４】
ステップＳ９では、パソコン８に設けられている記憶手段（図示せず）に、今回抽出した暗視野画像データを蓄積すると共に、欠陥部が検出された場合は、この欠陥部のエリアと欠陥サイズ（画素数）とを記憶し、ステップＳ２へ戻り、次の暗視野領域Ａを抽出し、当該暗視野領域Ａに欠陥部があるか否かを検査する。
【００３５】
このようにして、メガネレンズ２全面の測定が終了した場合、ステップＳ２からステップＳ１０へ分岐し、測定結果を出力してルーチンを終了する。
【００３６】
図５に示すように、メガネレンズ２全面の測定が終了すると、各暗視野領域Ａ毎に抽出した暗視野画像が合成された状態で出力される。
【００３７】
この暗視野画像の合成画像は、例えばモニタ９に表示される。図６にモニタ９の表示内容を例示する。同図に示すように、モニタ９には、紙面に向かって左側にメガネレンズ２の全体画像が表示される。この画像中に欠陥部の位置及びサイズが表示されると共に、エリアが表示される。
【００３８】
本実施の形態ではメガネレンズ２を同心円状の１〜３のエリアに区分し、欠陥部をエリア別に割り出し、モニタ９の右下に、エリア別検出結果を欠陥サイズ（画素数）毎に集計して表示すると共に、その上部に検出部の拡大画像を表示できるように設定されている。欠陥サイズを画素数で表示することで、欠陥部の大きさを瞬時に認識することができる。同様に、メガネレンズ２全体を表示する暗視野画像中に、欠陥部を表示することで、欠陥部の存在する位置を瞬時に認識することができる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、メガネレンズ２の欠陥部を暗視野画像により自動的に検出するようにしたので、従来のような検査員の肉眼による検査に比し、検査精度が均一化され、しかも、微細な欠陥部も検出することが可能であるため、より厳しい品質が要求される場合にも充分対応することが可能となる。
【００４０】
又、撮像装置４で撮像した画像の輝度分布に基づき暗視野領域Ａを抽出するようにしたので、メガネレンズ２に埃や微細なゴミが付着されている場合であっても、更に、メガネレンズ２の厚みや曲率が相違する場合であっても、これらに影響されることなく、メガネレンズ２自体の欠陥のみを一律に検出することが可能となり、より高い検出精度を得ることができる。
【００４１】
更に、メガネレンズ２を搭載するステージ３と撮像装置４とを固定し、照明装置５の移動により、メガネレンズ２全面を暗視野撮影するようにしたので、ステージ３と撮像装置４とを移動させる場合に比し、メガネレンズ２が受ける振動を最小限とすることができるため、より高い検査精度を得ることができると共に、構造が簡素化され、製品コストの低減を実現することができる。更に、照明装置５に設けられているライン照明手段５ａから出射されるライン状の暗視野照明用検査光を移動させることで、暗視野領域Ａ別の暗視野画像を得るようにしたので、従来のよな暗視野照明用検査光を固定された位置から投光するものに比し、有効暗視野領域の実質的な拡大を図ることができる。
【００４２】
尚、この場合、カメラレンズ４ｂの倍率や画格の調整、カメラ４ａとメガネレンズ２との間に介在させる光学フィルタ４ｃの選別を適宜設定することで、暗視野領域Ａをできるだけ広い領域で取り入れ、パソコン８にてより効率よく画像処理を行うことが可能となる。更に、カメラレンズ４ｂの焦点深度を調整することで、メガネレンズ２の内部に形成された気泡、或いは裏面に形成されている傷等の欠陥部をより鮮明に検出することが可能となる。
【００４３】
更に、本発明は上述した実施の形態に限るものではなく、例えば、透明部材は、メガネレンズ２に限定されず、光学レンズ等の光学素子や透明基板等であってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、複数の暗視野光を用いることなく、簡単な構造で有効暗視野領域の実質的な拡大を図り、有効暗視野領域を透明部材全面に形成することができ、この透明部材を暗視野光で検査することで、透明部材の表面、裏面、及び内部に存在する欠陥を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学的検査装置全体構成図
【図２】図１のＩＩ矢視平面図
【図３】検査ルーチンを示すフローチャート
【図４】暗視野領域を示す説明図
【図５】暗視野領域の合成画像を示す説明図
【図６】検査結果の表示例を示す説明図
【符号の説明】
１光学的検査装置
２メガネレンズ（透明部材）
３ステージ
４撮像装置
５照明装置
５ａライン照明手段
８パソコン（演算手段）

Claims

透明部材を搭載するステージと、
上記ステージの一方の面に設定間隔を開けて対設する撮像装置と、
上記ステージの他方の面に対設する照明装置と、
を備え、
上記照明装置を上記ステージと平行な方向へ直線移動自在に支持し、
上記照明装置に、該照明装置の移動方向に直交する方向へ延出すると共に上記透過部材に対してライン状の暗視野照明用検査光を投光するライン照明手段を設け、
演算手段では、上記ライン照明手段から投光されたライン状の暗視野照明用検査光によって上記撮像装置で撮像した上記透明部材の画像に基づき該画像の明部と暗部との境界に存在する暗視野領域を抽出すると共に、該暗視野領域中の輝度分布から上記透明部材の欠陥部を検出することを特徴とする光学的検査装置。
上記演算手段では、上記照明装置の移動に同期して上記暗視野領域を連続的に抽出し、抽出した該各暗視野領域を合成して上記透明部材全体の暗視野画像を生成することを特徴とする請求項１記載の光学的検査装置。
上記欠陥部のサイズを画素数で表示することを特徴とする請求項１又は２記載の光学的検査装置。